Измеритель нелинейных искажений электрических сигналов Советский патент 1980 года по МПК G01R23/20 

Изобретение относится к электроизмерительной и радиоизмерительной технике и предназначено для измерения коэффициента нелинейных искажений исследуемого сигнала. Известно устройство для измерения коэффициента нелинейных искажений синусоидального сигнала, содержащее усилитель с регулируекым коэффициентом передачи, выход.которого, соединен с последовательно включённым активным заграждающим фильтром действующих значений, а также с активным пропускающим фильтром, выход которого через блок сравнения напряясений, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, сое дине н с усилителем постоянного тока 1Ь; недостатком известного устройства является узкий частотный диапазон- ра боты устройства, что обуславливается трудностями реализации режекторных фильтров в широком Hana3OHfe частот Наиболее близким по техн ической сущности к предлагаемому изобретению является измеритель нелинейных искажений электрических сигнешов, содержащий переключатель, один из входов которого соединен с источником исследуемого сигнала, другой вход соединен с выходом основного сумматора, а выход подсоединен к волз тметру, к источнику исследуемого сигнала подсоединен основной формирователь, выход которого подключен через последовательно соединенные фильтр нижних частот, фазовращатель и делитель напряжения к одному из входов основного сумматора, другой вход которого подсоединен к источнику входного сигнала, к которому подсоединен также один из входов дополнительного сумматора, другой вход которого соединен с выходом дополнительного формирователя, вход которого соединен с выходом фазовргидателя, выход дополнительного cyfiMaTopa соединен с последовательно соединенными избирательными усилителем и индикатором нуля 2. Недостатком данного устройства является узкий диапазон частот исследуемого сигнала, коэффициент нелинейных искажений которого необходимо определить. Цель изобретения - расширение функционгшьных возможностей. Поставленная цель достигается тем что в измеритель нелинейных искажени электрических сигналов, содержащий переключатель, один из входов которого соединен со входом измерителя и с одним из входов сумматора, второй вход переключателя соединен с выходом сумматора, выход переключателя соеди нен со входом вольтметра, фазовращатель и делитель напряжения, дополнительно введены первый смеситель, уси литель промежуточной частоты, избира тельный фильтр, второй смеситель, иш рокополосный фильтр, гетеродин, блок управления гетеродином и частотомер, причем вход частотомера и первый вход первого cмecитeлk соединены со входом измерителя, выход частотомера через блок управления гетеродином соединен с гетеродином, выходы которого соединены -со вторыми входами первого и второго смесителей, а выхо первого смесителя через последовател но соединенные усилитель промежуточн частоты, избирательный фильтр, фазовращатель, делитель напряжения, втор смеситель -и широкополосный фильтр соединен с первым сумматором. На чертеже приведена структурная схема измерителя нелинейных искажений . Схема содержит переключатель 1, сумматор 2, вольтметр 3, первый смеситель 4, усилитель 5 промежуточной частоты, избирательный фильтр 6, фазовращатель 7, делитель 8 напряжения второй смеситель 9, широкополосный фильтр 10, гетеродин 11, блок 12 управления гетеродином, электронно-сче ный частотомер 13. Принцип действия предлагаемого измерителя основан на раздельном измерении среднеквадратического значения напряжения сигнала и среднеквадратического значения напряжения высишх гармоник этого же сигнала. Измеритель работает следующим образом. В первый такт работы исследуегиий сигнал поступает через входной перек лючатель 1 на вход вольтметра 3 и производится измерение среднеквадрап тического значения напряжения , „сЧиХ ;-г „ где ицс - результат измерения средне квадратического значения напряжения исследуемого сигнала; 4i - значение напряжения первой гармоники исследуемого сиг нала; и - значение напряжения п-ой гармоники исследуемого сиг нала; п - количество учитываемых гар моник. Во второй такт работы измерителя при помощи переключателя 1 вход вольтметра 3 соединяется с выходом сумматора 2. На один из входов сумматора 2 подается исследуегчый сигнал, а на другой вход подается напряжение выделенной первой гармоники исследуемого сихнала с выхода второго смесителя 9 через широкополосный фильтр 10. Выделение- первой гармоники исследуемого сигнала осуществляется путем гетеродинного преобразования гармонической составляющей сигнала в промежуточную частот у с последующим восстановлением. Преобразование спектргшьной составляющей в промежуточную частоту осуществляется в первом смесителе 4, один из входов которого соединен с источником сигнала, а на другой вход поступает сигнал с выхода гетеродина 11. Выделение промежуточной частоты f, равной разности частоты исследуемого сигнала f, и частоты гетеродина fj-, f f, осуществляется усилителем промежуточной частоты 5 и узкополосным избирательным фильтром б. С выхода фильтра б сигнал промежуточной частоты через фазовращатель 7и делитель напряжения 8 поступает на один из входов второго смесителя 9,на другой вход которого поступает сигнал с выхода гетеродина 11. На выходе широкополосного фильтра 10,полоса пропускания которого совпадает с полосой частот исследуег-их сигналов, из выходного сигнала смесителя 9 вьщеляется спектральная составляющая с частотой f fn+fr fc-fr+fr fc (2) Таким образом, на один из входов сумматора 2 поступает выделенная первая гармоника исследуемого сигнала. Для компенсации первой гармоники в сигнсше на выходе сумматора 2 необходимо обеспечить сдвиг фазы выделенной первой гармоники на 180 по отношению к фазовому положению первой гармоники исследуемого сигнала и обеспечить равенство их амплитуд. Фазовый сдвиг выделенной первой гармоники на осуществляется в одном из каскадов (например в широкополосном фильтре 10), а компенсация дополнительных фазовых задержек уск лителя 5 промежуточной частоты и фильтра 6 осуществляется регулировкой некалиброванного фазовращателя 7. Регулировкой делителя напряжения . 8гфоводят изменение амплитуды выделенной первой гармоники. Регулировкой сдвига фазы и амплитуды по минимуму показаний вольтметра 3 производят компенсацию первой гармоники исследуемого сигнала. Таким образом, во второй такт вольтметр 3 измеряет среднеквадратическое напряжение высших гармонических составляющих исследуемого сигнала и вр :.

о Гп

и Hf,u

t)

и

Коэффициент нелинейных искажений К определяется :

вгт/иЛ 21 и

и.

К,-,ioo0/0- 1 (4)

И7

не

S и

i-г

Настройка прибора на частоту первой гармоники осуществляется через блок 12 управления гетеродином, управляющим сигналом которого является результат измерения частоты сигнала электронно-счетным частотомером 13-.

Реализация предлагаемой структуры позволит производить измерения коэффициента нелинейных искажений исследуемых сигналов в широком частотном диапозоне, вплоть до сотен мегагерц, не изменяя его чувствительности и точности.

Формула изобретения

Измеритель нелинейных искажений электрических сигналов, содержацций переключатель, один из входов которого соединей со входом измерителя и с одним из входов сумматора, второй вход переключателя соединен с выходом сумматора, выход переключателя соединен со входом вольтметра, фазовращатель и делитель напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены смеситель, усилитель промежуточной частоты,избирательный фильтр,второй смеситель,широкополосный фильтр, гетеродин, блок управления гетероди.ном и частотомер, причем вход часто томера и первый вход первого смесителя соединены со входомизмерителя, выход частотомера через блок управления гетеродином соединен с гетероди- ном, выходы которого соединены со вторыми входами первого и второго смесителей, а выход первого смесителя через последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, избирательный фильтр, фазовращатель, делитель напряжения, второй смеситель и широкополосный фильтр соединен с первым су чматором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 464855, кл. G 01 R 23/20, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР № 248062, G 01 R 23/00, 1968 {прототип) .